JP7127556B2 - Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents

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Description

本発明は、超音波探触子及び超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus.

超音波診断は、超音波探触子を体表又は体腔内から当てるという簡単な操作で心臓や胎児の様子が超音波画像として得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査を行うことができる。このような超音波診断を行うために用いられる超音波診断装置が知られている。超音波画像データは、圧電素子を有する超音波探触子から超音波が被検体に送信され、反射した超音波を超音波探触子が受信し、その受信した信号に様々な処理を行うことで得られる。 Ultrasound diagnosis can be performed repeatedly because of its high safety and high safety. . An ultrasonic diagnostic apparatus used for performing such ultrasonic diagnosis is known. Ultrasound image data is obtained by transmitting ultrasonic waves to a subject from an ultrasonic probe having a piezoelectric element, receiving the reflected ultrasonic waves by the ultrasonic probe, and performing various processing on the received signals. is obtained by

超音波探触子において、圧電素子の焦電効果により発生する電界の発生により、圧電素子の特性劣化が生じる場合がある。焦電効果とは、温度変化によって誘電体の分極(表面電荷)が変化する現象をいう。一般に圧電特性が大きな材料ほど焦電係数は大きくなるので、高い圧電特性をもつ材料を圧電素子に用いる場合、必然的にこの電荷量は大きくなり、結果として圧電素子には大きな電界がかかってしまう。この電界の影響によって圧電素子の分極方向に対して逆電界がかかる場合があり、このうち電界が大きい場合すなわち焦電係数が大きい場合には、圧電素子に対して脱分極の作用を及ぼすことがある。脱分極作用はデバイスの特性劣化につながることは明白である。 In the ultrasonic probe, an electric field generated by the pyroelectric effect of the piezoelectric element may cause characteristic deterioration of the piezoelectric element. The pyroelectric effect is a phenomenon in which the polarization (surface charge) of a dielectric changes due to temperature changes. In general, the greater the piezoelectric characteristics of a material, the greater the pyroelectric coefficient. Therefore, when a material with high piezoelectric characteristics is used for a piezoelectric element, the amount of electric charge inevitably increases, and as a result, a large electric field is applied to the piezoelectric element. . Due to the influence of this electric field, a reverse electric field may be applied to the polarization direction of the piezoelectric element. If the electric field is large, that is, if the pyroelectric coefficient is large, the piezoelectric element may be depolarized. be. It is clear that the depolarization effect leads to deterioration of device characteristics.

このため、圧電素子の金属電極間に抵抗(導電ペースト)を塗布し、熱により発生した電荷が常に放電され、焦電効果による素子への電圧印加を防ぐ超音波探触子が知られている(特許文献1参照)。 For this reason, an ultrasonic probe is known in which a resistance (conductive paste) is applied between the metal electrodes of the piezoelectric element to constantly discharge the electric charge generated by heat, thereby preventing the application of voltage to the element due to the pyroelectric effect. (See Patent Document 1).

また、超音波駆動電圧の制御信号により、非駆動時に圧電素子(圧電体)に接続された信号線とグラウンド線とを短絡させ、不使用時の高温環境や急激な温度変化環境における圧電素子の信頼性を維持した超音波探触子が知られている(特許文献2参照)。 In addition, the signal line connected to the piezoelectric element (piezoelectric body) and the ground line are short-circuited by the control signal of the ultrasonic drive voltage when not driven, and the piezoelectric element is not operated in a high temperature environment when not in use or in an environment where the temperature changes rapidly. An ultrasonic probe that maintains reliability is known (see Patent Document 2).

特開平11-330578号公報JP-A-11-330578 特許第6271127号公報Japanese Patent No. 6271127

しかし、特許文献1の超音波探触子では、圧電素子の信号線側の金属電極とグラウンド線側の金属電極との間に常に抵抗が接続されている。このため、抵抗による圧電素子の特性劣化が生じる。 However, in the ultrasonic probe of Patent Document 1, a resistor is always connected between the metal electrode on the signal line side and the metal electrode on the ground line side of the piezoelectric element. As a result, the characteristics of the piezoelectric element deteriorate due to the resistance.

また、特許文献2の超音波探触子では、超音波駆動電圧の制御信号の有無によりスイッチが切り替わり、信号線とグラウンド線とが短絡/開放される。具体的には、超音波駆動電圧の制御信号が有る場合、信号線とグラウンド線とは開放し、超音波駆動電圧の制御信号が無い場合、信号線とグラウンド線とは短絡する。このため、超音波駆動電圧の制御信号による電気的な制御が必要になりコストが上がる。 Further, in the ultrasonic probe of Patent Document 2, the switch is switched depending on the presence or absence of the control signal for the ultrasonic drive voltage, and the signal line and the ground line are short-circuited/opened. Specifically, when there is a control signal for the ultrasonic driving voltage, the signal line and the ground line are open, and when there is no control signal for the ultrasonic driving voltage, the signal line and the ground line are short-circuited. For this reason, electrical control by a control signal for the ultrasonic drive voltage is required, which increases the cost.

本発明の課題は、焦電効果による圧電素子の特性劣化を容易になくすことである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to easily eliminate deterioration of the characteristics of a piezoelectric element due to the pyroelectric effect.

上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明の超音波探触子は、
超音波を被検体に送受信する圧電素子と、
前記圧電素子に設けられた第1の電極に電気的に接続され、当該圧電素子に入力する駆動信号及び当該圧電素子から出力される受信信号が流れる電気信号線と、
前記電気信号線と間隙を介して設けられ、前記圧電素子に設けられた第2の電極に電気的に接続された接地信号線と、
温度により変形し、所定の温度以上で前記電気信号線及び前記接地信号線を接触させる熱変形部と、を備える。
In order to solve the above problems, the ultrasonic probe of the invention according to claim 1,
a piezoelectric element that transmits and receives ultrasonic waves to and from a subject;
an electric signal line electrically connected to a first electrode provided on the piezoelectric element, through which a drive signal input to the piezoelectric element and a reception signal output from the piezoelectric element flow;
a ground signal line provided with a gap from the electric signal line and electrically connected to a second electrode provided on the piezoelectric element;
a thermally deformable portion that deforms due to temperature and brings the electrical signal line and the ground signal line into contact at a temperature equal to or higher than a predetermined temperature.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の超音波探触子において、
前記熱変形部は、導体からなり、前記電気信号線及び前記接地信号線の少なくとも1つの一部として機能する。
The invention according to claim 2 is the ultrasonic probe according to claim 1,
The thermal deformation portion is made of a conductor and functions as part of at least one of the electric signal line and the ground signal line.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の超音波探触子において、
前記電気信号線及び前記接地信号線の少なくとも1つが表面に形成された絶縁体部を備える。
The invention according to claim 3 is the ultrasonic probe according to claim 1 or 2,
At least one of the electric signal line and the ground signal line has an insulator portion formed on a surface thereof.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の超音波探触子において、
前記電気信号線及び前記接地信号線は、前記絶縁体部の表面に形成され、
前記電気信号線及び前記接地信号線を絶縁し、前記熱変形部の変形により当該電気信号線及び当該接地信号線が接触される空洞部と、を備える。
The invention according to claim 4 is the ultrasonic probe according to claim 3,
The electrical signal line and the ground signal line are formed on the surface of the insulator,
a hollow portion that insulates the electric signal line and the ground signal line and contacts the electric signal line and the ground signal line due to deformation of the thermal deformation portion.

請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の超音波探触子において、
前記絶縁体部は、前記電気信号線及び前記接地信号線の外側に配置され、当該電気信号線又は当該接地信号線が前記圧電素子側の表面に形成されている。
The invention according to claim 5 is the ultrasonic probe according to claim 3,
The insulator portion is arranged outside the electric signal line and the ground signal line, and the electric signal line or the ground signal line is formed on the surface on the piezoelectric element side.

請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記熱変形部は、バイメタルからなる。
The invention according to claim 6 is the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 5,
The thermally deformed portion is made of bimetal.

請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記熱変形部は、放熱機能を有する。
The invention according to claim 7 is the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 6,
The thermally deformable portion has a heat dissipation function.

請求項8に記載の発明は、請求項1から7のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記電気信号線、前記接地信号線及び前記熱変形部は、平行に配置されている。
The invention according to claim 8 is the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 7,
The electrical signal line, the ground signal line, and the thermal deformation portion are arranged in parallel.

請求項9に記載の発明の超音波診断装置は、
請求項1から8のいずれか一項に記載の超音波探触子と、
前記駆動信号を生成して前記超音波探触子に出力する送信部と、
前記超音波探触子から入力された前記受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える。
The ultrasonic diagnostic apparatus of the invention according to claim 9,
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 8,
a transmission unit that generates the drive signal and outputs it to the ultrasonic probe;
an image generation unit that generates ultrasound image data based on the received signal input from the ultrasound probe.

本発明によれば、焦電効果による圧電素子の特性劣化を容易になくすことができる。 According to the present invention, it is possible to easily eliminate the characteristic deterioration of the piezoelectric element due to the pyroelectric effect.

本発明の実施の形態の超音波診断装置の外観図である。1 is an external view of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. 超音波診断装置の機能構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing the functional configuration of an ultrasound diagnostic apparatus; FIG. 実施の形態の超音波探触子の断面図である。1 is a cross-sectional view of an ultrasonic probe according to an embodiment; FIG. (a)は、実施の形態の変形前の超音波探触子の一部を示す断面図である。(b)は、実施の形態の変形後の超音波探触子の一部を示す断面図である。(a) is a cross-sectional view showing a part of the ultrasonic probe before deformation of the embodiment. (b) is a cross-sectional view showing a part of the ultrasonic probe after deformation of the embodiment. (a)は、第1の実施例の変形前の超音波探触子の一部を示す断面図である。(b)は、第1の実施例の変形後の超音波探触子の一部を示す断面図である。(a) is a cross-sectional view showing a part of the ultrasonic probe before deformation of the first embodiment. (b) is a cross-sectional view showing a part of the ultrasonic probe after modification of the first embodiment. (a)は、第2の実施例の変形前の超音波探触子の一部を示す断面図である。(b)は、第2の実施例の変形後の超音波探触子の一部を示す断面図である。(a) is a cross-sectional view showing a part of the ultrasonic probe before deformation of the second embodiment. (b) is a cross-sectional view showing a part of the ultrasonic probe after modification of the second embodiment. (a)は、第3の実施例の変形前の超音波探触子の一部を示す断面図である。(b)は、第3の実施例の変形後の超音波探触子の一部を示す断面図である。(a) is a cross-sectional view showing a part of the ultrasonic probe before deformation of the third embodiment. (b) is a cross-sectional view showing a part of the ultrasonic probe after modification of the third embodiment. (a)は、第4の実施例の変形前の超音波探触子の一部を示す断面図である。(b)は、第4の実施例の変形後の超音波探触子の一部を示す断面図である。(a) is a cross-sectional view showing a part of the ultrasonic probe before deformation of the fourth embodiment. (b) is a cross-sectional view showing a part of the ultrasonic probe after modification of the fourth embodiment.

添付図面を参照して本発明に係る実施の形態及び第1~第4の実施例を順に詳細に説明する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではない。 An embodiment and first to fourth examples according to the present invention will be described in detail in order with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the illustrated examples.

(実施の形態)
図1~図4を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図1を参照して、本実施の形態の超音波診断装置100の全体構成を説明する。図1は、本実施の形態の超音波診断装置100の外観図である。
(Embodiment)
An embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. First, referring to FIG. 1, the overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is an external view of an ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to this embodiment.

図1に示すように、超音波診断装置100は、超音波診断装置本体1と、超音波探触子2と、を備える。超音波探触子2は、図示しない生体などの被検体内に対して超音波(送信超音波)を送信するとともに、この被検体内で反射した超音波の反射波(反射超音波:エコー)を受信する。超音波診断装置本体1は、超音波探触子2とケーブル3を介して接続され、超音波探触子2に電気信号の駆動信号を送信することによって超音波探触子2に被検体に対して送信超音波を送信させるとともに、超音波探触子2にて受信した被検体内からの反射超音波に応じて超音波探触子2で生成された電気信号である受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像データとして画像化する。 As shown in FIG. 1 , the ultrasonic diagnostic apparatus 100 includes an ultrasonic diagnostic apparatus body 1 and an ultrasonic probe 2 . The ultrasonic probe 2 transmits ultrasonic waves (transmitted ultrasonic waves) to the inside of a subject such as a living body (not shown), and the reflected waves of the ultrasonic waves reflected in the subject (reflected ultrasonic waves: echo) receive. The ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 is connected to an ultrasonic probe 2 via a cable 3, and transmits an electric signal driving signal to the ultrasonic probe 2, thereby transmitting the ultrasonic probe 2 to the subject. Based on the received signal, which is an electric signal generated by the ultrasonic probe 2 in response to the reflected ultrasonic wave from the inside of the subject received by the ultrasonic probe 2, the ultrasonic wave is transmitted to the ultrasonic probe 2. The internal state inside the subject is imaged as ultrasound image data.

超音波探触子2は、圧電素子からなる振動子2a(図2参照)を備えており、この振動子2aは、例えば、方位方向(走査方向)に一次元アレイ状に複数配列されている。本実施の形態では、例えば、192個の振動子2aを備えた超音波探触子2を用いている。なお、振動子2aは、二次元アレイ状に配列されたものであってもよい。また、振動子2aの個数は、任意に設定することができる。また、本実施の形態では、超音波探触子2としてリニア電子スキャンプローブを用いて、コンベックス走査方式による超音波の走査を行うものとするが、リニア走査方式又はセクタ走査方式の何れの方式を採用することもできる。超音波診断装置本体1と超音波探触子2との通信は、ケーブル3を介する有線通信に代えて、UWB(Ultra Wide Band)などの無線通信により行うこととしてもよい。 The ultrasonic probe 2 includes transducers 2a (see FIG. 2) made of piezoelectric elements, and the transducers 2a are arranged in a one-dimensional array in, for example, the azimuth direction (scanning direction). . In this embodiment, for example, an ultrasonic probe 2 having 192 transducers 2a is used. Note that the vibrators 2a may be arranged in a two-dimensional array. Also, the number of vibrators 2a can be set arbitrarily. In this embodiment, a linear electronic scan probe is used as the ultrasonic probe 2, and ultrasonic waves are scanned by a convex scanning method. can also be adopted. Communication between the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 and the ultrasonic probe 2 may be performed by wireless communication such as UWB (Ultra Wide Band) instead of wired communication via the cable 3 .

次いで、図2を参照して、超音波診断装置100の機能構成を説明する。図2は、超音波診断装置100の機能構成を示すブロック図である。 Next, with reference to FIG. 2, the functional configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus 100. As shown in FIG.

図2に示すように、超音波診断装置本体1は、例えば、操作入力部11と、送信部12と、受信部13と、画像生成部14と、画像処理部15と、DSC(Digital Scan Converter)16と、表示部17と、制御部18と、を備える。 As shown in FIG. 2, the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 includes, for example, an operation input unit 11, a transmission unit 12, a reception unit 13, an image generation unit 14, an image processing unit 15, a DSC (Digital Scan Converter). ) 16 , a display unit 17 and a control unit 18 .

操作入力部11は、医師、技師などの操作者の操作入力を受け付ける。操作入力部11は、例えば、診断開始を指示するコマンド、被検体の個人情報などのデータ、超音波画像データなどを表示部17に表示するための各種画像パラメーターの入力などを行うための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボードなどを備えており、操作信号を制御部18に出力する。なお、超音波診断装置本体1が、表示部17の表示パネル上に設けられ操作者のタッチ入力を受け付けるタッチパネルを備える構成としてもよい。 The operation input unit 11 receives operation input from an operator such as a doctor or a technician. The operation input unit 11 includes various switches for inputting various image parameters for displaying, for example, a command for instructing the start of diagnosis, data such as personal information of the subject, ultrasound image data, etc. on the display unit 17. , buttons, trackball, mouse, keyboard, etc., and outputs operation signals to the control unit 18 . The ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 may be configured to include a touch panel provided on the display panel of the display unit 17 to receive touch input from the operator.

送信部12は、制御部18の制御に従って、超音波探触子2にケーブル3を介して電気信号である駆動信号を供給して超音波探触子2に送信超音波を発生させる回路である。また、送信部12は、例えば、クロック発生回路、遅延回路、パルス発生回路を備える。クロック発生回路は、駆動信号の送信タイミングや送信周波数を決定するクロック信号を発生させる回路である。遅延回路は、振動子2a毎に対応した個別経路毎に遅延時間を設定し、設定された遅延時間だけ駆動信号の送信を遅延させ、送信超音波によって構成される送信ビームの集束を行うための回路である。パルス発生回路は、所定の周期で駆動信号としてのパルス信号を発生させるための回路である。上述のように構成された送信部12は、例えば、超音波探触子2に配列された複数(例えば、192個)の振動子2aのうちの連続する一部(例えば、64個)を駆動して送信超音波を発生させる。そして、送信部12は、送信超音波を発生させる毎に駆動する振動子2aを方位方向(走査方向)にずらすことで走査(スキャン)を行う。 The transmission unit 12 is a circuit that supplies a drive signal, which is an electrical signal, to the ultrasound probe 2 via the cable 3 and causes the ultrasound probe 2 to generate transmission ultrasound under the control of the control unit 18 . . Also, the transmission unit 12 includes, for example, a clock generation circuit, a delay circuit, and a pulse generation circuit. The clock generation circuit is a circuit that generates a clock signal that determines the transmission timing and transmission frequency of the drive signal. The delay circuit sets a delay time for each individual path corresponding to each transducer 2a, delays the transmission of the drive signal by the set delay time, and performs the focusing of the transmission beam composed of the transmission ultrasonic waves. circuit. A pulse generation circuit is a circuit for generating a pulse signal as a drive signal at a predetermined cycle. The transmission unit 12 configured as described above drives, for example, a continuous part (eg, 64) of the plurality of (eg, 192) transducers 2a arranged in the ultrasound probe 2. to generate the transmitted ultrasound. Then, the transmission unit 12 performs scanning by shifting the transducer 2a to be driven in the azimuth direction (scanning direction) each time the transmission ultrasonic wave is generated.

受信部13は、制御部18の制御に従って、超音波探触子2からケーブル3を介して電気信号である受信信号を受信する回路である。受信部13は、例えば、増幅器、A/D変換回路、整相加算回路を備えている。増幅器は、受信信号を、振動子2a毎に対応した個別経路毎に、予め設定された増幅率で増幅させるための回路である。A/D変換回路は、増幅された受信信号をアナログ-デジタル変換(A/D変換)するための回路である。整相加算回路は、A/D変換された受信信号に対して、振動子2a毎に対応した個別経路毎に遅延時間を与えて時相を整え、これらを加算(整相加算)して音線データを生成するための回路である。 The receiving unit 13 is a circuit that receives a reception signal, which is an electric signal, from the ultrasound probe 2 via the cable 3 under the control of the control unit 18 . The receiving unit 13 includes, for example, an amplifier, an A/D conversion circuit, and a phasing addition circuit. The amplifier is a circuit for amplifying the received signal with a preset amplification factor for each individual path corresponding to each transducer 2a. The A/D conversion circuit is a circuit for analog-to-digital conversion (A/D conversion) of the amplified received signal. The phasing addition circuit gives a delay time to each individual path corresponding to each transducer 2a to the A/D converted received signal to adjust the time phase, and adds them (phasing addition) to produce a sound. A circuit for generating line data.

画像生成部14は、制御部18の制御に従って、受信部13からの音線データに対して包絡線検波処理や対数圧縮などを実施し、ダイナミックレンジやゲインの調整を行って輝度変換することにより、受信エネルギーとしての輝度値を有する画素からなるB(Brightness)モード画像データを生成することができる。すなわち、Bモード画像データは、受信信号の強さを輝度によって表したものである。画像生成部14は、画像モードがBモードの超音波画像データとしてのBモード画像データの他、A(Amplitude)モード、M(Motion)モード、ドプラ法による画像モード(カラードプラモードなど)など、他の画像モードの超音波画像データが生成できるものであってもよい。 Under the control of the control unit 18, the image generation unit 14 performs envelope detection processing and logarithmic compression on the sound ray data from the reception unit 13, adjusts the dynamic range and gain, and converts the luminance. , B (Brightness) mode image data consisting of pixels having luminance values as received energy can be generated. In other words, the B-mode image data represents the strength of the received signal by luminance. The image generation unit 14 generates B-mode image data as ultrasound image data whose image mode is B-mode, A (Amplitude) mode, M (Motion) mode, an image mode based on the Doppler method (color Doppler mode, etc.), and the like. It may also be possible to generate ultrasound image data in other image modes.

画像処理部15は、制御部18の制御に従って、設定中の各種画像パラメーターに応じて、画像生成部14から出力されたBモード画像データに画像処理を施す。また、画像処理部15は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの半導体メモリーによって構成された画像メモリー部15aを備える。画像処理部15は、制御部18の制御に従って、画像処理を施したBモード画像データをフレーム単位で画像メモリー部15aに記憶する。フレーム単位での画像データを超音波画像データあるいはフレーム画像データということがある。画像処理部15は、制御部18の制御に従って、上述したようにして生成された画像データを順にDSC16に出力する。 The image processing unit 15 performs image processing on the B-mode image data output from the image generation unit 14 according to various image parameters being set under the control of the control unit 18 . The image processing unit 15 also includes an image memory unit 15a configured by a semiconductor memory such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory). The image processing unit 15 stores the image-processed B-mode image data in units of frames in the image memory unit 15a under the control of the control unit 18 . Image data in frame units is sometimes referred to as ultrasound image data or frame image data. The image processing unit 15 sequentially outputs the image data generated as described above to the DSC 16 under the control of the control unit 18 .

DSC16は、制御部18の制御に従って、画像処理部15より受信した画像データを表示用の画像信号に変換し、表示部17に出力する。 Under the control of the control unit 18 , the DSC 16 converts the image data received from the image processing unit 15 into an image signal for display, and outputs the image signal to the display unit 17 .

表示部17は、LCD(Liquid Crystal Display)、CRT(Cathode-Ray Tube)ディスプレイ、有機EL(Electronic Luminescence)ディスプレイ、無機ELディスプレイ及びプラズマディスプレイなどの表示装置が適用可能である。表示部17は、制御部18の制御に従って、DSC16から出力された画像信号に従って表示画面上に超音波画像データの静止画又は動画の表示を行う。また、表示部17は、制御部18の制御に従って、ダイナミックレンジの調整を行うことができる。 The display unit 17 can be a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display), a CRT (Cathode-Ray Tube) display, an organic EL (Electronic Luminescence) display, an inorganic EL display, a plasma display, or the like. Under the control of the control unit 18 , the display unit 17 displays a still image or moving image of the ultrasonic image data on the display screen according to the image signal output from the DSC 16 . Also, the display unit 17 can adjust the dynamic range under the control of the control unit 18 .

制御部18は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)を備え、ROMに記憶されているシステムプログラムなどの各種処理プログラムを読み出してRAMに展開し、展開したプログラムに従って超音波診断装置100の各部の動作を制御する。ROMは、半導体などの不揮発メモリーなどにより構成され、超音波診断装置100に対応するシステムプログラム及び該システムプログラム上で実行可能な各種処理プログラムや、ガンマテーブルなどの各種データなどを記憶する。これらのプログラムは、コンピューターが読み取り可能なプログラムコードの形態で格納され、CPUは、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。RAMは、CPUにより実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成する。 The control unit 18 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory). , controls the operation of each part of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the expanded program. The ROM is composed of a nonvolatile memory such as a semiconductor, and stores a system program corresponding to the ultrasonic diagnostic apparatus 100, various processing programs executable on the system program, various data such as a gamma table, and the like. These programs are stored in the form of computer-readable program codes, and the CPU sequentially executes operations according to the program codes. The RAM forms a work area that temporarily stores various programs executed by the CPU and data related to these programs.

超音波診断装置100が備える各部について、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能は、集積回路などのハードウェア回路として実現することができる。集積回路とは、例えばLSI(Large Scale Integration)であり、LSIは集積度の違いにより、IC(Integrated Circuit)、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよいし、FPGA(Field Programmable Gate Array)やLSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。また、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能をソフトウェアにより実行するようにしてもよい。この場合、このソフトウェアは一つ又はそれ以上のROMなどの記憶媒体、光ディスク、又はハードディスクなどに記憶されており、このソフトウェアが演算処理器により実行される。 A part or all of the functions of each functional block of each unit included in the ultrasonic diagnostic apparatus 100 can be realized as a hardware circuit such as an integrated circuit. An integrated circuit is, for example, an LSI (Large Scale Integration), and LSIs are also called ICs (Integrated Circuits), system LSIs, super LSIs, and ultra LSIs depending on the degree of integration. In addition, the method of integration is not limited to LSI, and it may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor, and it is possible to reconfigure the connection and setting of circuit cells inside FPGA (Field Programmable Gate Array) and LSI. A reconfigurable processor may be used. Also, a part or all of the functions of each functional block may be executed by software. In this case, this software is stored in one or more storage media such as ROMs, optical discs, hard disks, etc., and this software is executed by the arithmetic processor.

つぎに、図3及び図4を参照して、超音波探触子2の内部構成を説明する。図3は、超音波探触子2の断面図である。図4(a)は、変形前の超音波探触子2の一部を示す断面図である。図4(b)は、変形後の超音波探触子2の一部を示す断面図である。 Next, the internal configuration of the ultrasonic probe 2 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the ultrasonic probe 2. As shown in FIG. FIG. 4(a) is a sectional view showing a part of the ultrasonic probe 2 before deformation. FIG. 4(b) is a sectional view showing a part of the ultrasonic probe 2 after deformation.

図3に示すように、超音波探触子2は、背面層21と、第1の電極としてのI/O(Input/Output)電極22と、圧電素子23と、第2の電極としてのGND(GrouND)電極24と、音響整合層25と、音響レンズ26と、電気信号線としてのI/O信号線27と、接地信号線としてのGND信号線28と、熱変形部29と、を備える。背面層21、I/O電極22、圧電素子23、GND電極24、音響整合層25及び音響レンズ26は、図上正面視下方から上方に順に積層されている。 As shown in FIG. 3, the ultrasonic probe 2 includes a back layer 21, an I/O (Input/Output) electrode 22 as a first electrode, a piezoelectric element 23, and a GND as a second electrode. (GrouND) electrode 24 , acoustic matching layer 25 , acoustic lens 26 , I/O signal line 27 as an electrical signal line, GND signal line 28 as a ground signal line, and thermal deformation portion 29 . . The back layer 21, the I/O electrode 22, the piezoelectric element 23, the GND electrode 24, the acoustic matching layer 25, and the acoustic lens 26 are laminated in this order from the bottom to the top in the front view.

背面層21は、例えば、背面負荷材(バッキング材)により構成されている。背面負荷材は、音響インピーダンスが圧電素子23よりも低い材料により形成されており、不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。すなわち、背面負荷材は、圧電素子の反対側から発生する超音波を吸収する。 The back layer 21 is made of, for example, a back load material (backing material). The back load material is made of a material whose acoustic impedance is lower than that of the piezoelectric element 23, and is an ultrasonic absorber capable of absorbing unnecessary ultrasonic waves. That is, the backing material absorbs ultrasonic waves generated from the opposite side of the piezoelectric element.

背面負荷材としては、天然ゴム、フェライトゴム、エポキシ樹脂や、これらの材料に酸化タングステンや酸化チタン、フェライトなどの粉末を入れてプレス成形したゴム系複合材やエポキシ樹脂複合材、塩化ビニル、ポリビニルブチラール(PVB)、ABS樹脂、ポリウレタン(PUR)、ポリビニルアルコール(PVAL)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアセタール(POM)、ポリエチレンテレフタレート(PETP)、フッ素樹脂(PTFE)ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート-ポリエチレングリコール共重合体などの熱可塑性樹脂などが適用できる。 As a back load material, natural rubber, ferrite rubber, epoxy resin, rubber-based composite material, epoxy resin composite material, vinyl chloride, polyvinyl chloride, etc., which are press-molded by adding powder such as tungsten oxide, titanium oxide, and ferrite to these materials. Butyral (PVB), ABS resin, polyurethane (PUR), polyvinyl alcohol (PVAL), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyacetal (POM), polyethylene terephthalate (PETP), fluorine resin (PTFE) polyethylene glycol, polyethylene terephthalate - A thermoplastic resin such as a polyethylene glycol copolymer can be applied.

好ましい背面負荷材としては、ゴム系複合材料、及び/又は、エポキシ樹脂複合材からなるものであり、その形状は背面層21や圧電素子23、これらを含むプローブヘッドの形状に応じて、適宜選択することができる。 A preferable back load material is made of a rubber-based composite material and/or an epoxy resin composite material, and its shape is appropriately selected according to the shape of the back layer 21, the piezoelectric element 23, and the probe head including these. can do.

圧電素子23は、下面にI/O電極22が形成され、上面にGND電極24が形成されて、背面層21上に積層されている。圧電素子23は、圧電材料を有し、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能で超音波の送受信が可能で焦電効果を有する素子(圧電素子)である。 The piezoelectric element 23 has an I/O electrode 22 formed on its lower surface and a GND electrode 24 formed on its upper surface, and is stacked on the back layer 21 . The piezoelectric element 23 is an element (piezoelectric element) having a piezoelectric material, capable of converting electrical signals into mechanical vibrations and mechanical vibrations into electrical signals, capable of transmitting and receiving ultrasonic waves, and having a pyroelectric effect. be.

圧電材料は、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能な圧電体を含有する材料である。圧電体としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系セラミックス、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などの圧電セラミックス、ニオブ酸リチウム、亜鉛ニオブ酸鉛とチタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛などの固溶系単結晶からなる圧電単結晶、水晶、ロッシェル塩、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、あるいはVDFと、例えば、3フッ化エチレン(TrFE)の共重合体であるポリフッ化ビニリデン-3フッ化エチレン(P(VDF-TrFE))のようなPVDF共重合体、シアン化ビニリデン(VDCN)の重合体であるポリシアン化ビニリデン(PVDCN)、あるいはシアン化ビニリデン系共重合体あるいはナイロン9、ナイロン11などの奇数ナイロンや、芳香族ナイロン、脂環族ナイロン、あるいはポリ乳酸や、ポリヒドロキシブチレートなどのポリヒドロキシカルボン酸、セルロース系誘導体、ポリウレアなどの有機高分子圧電材料などを用いることができる。 A piezoelectric material is a material containing a piezoelectric body capable of converting electrical signals into mechanical vibrations and mechanical vibrations into electrical signals. Piezoelectric bodies include lead zirconate titanate (PZT) ceramics, piezoelectric ceramics such as lead titanate and lead metaniobate, lithium niobate, lead zinc niobate and lead titanate, lead magnesium niobate and lead titanate, and the like. Piezoelectric single crystal, crystal, Rochelle salt, polyvinylidene fluoride (PVDF), or polyvinylidene fluoride-ethylene trifluoride, which is a copolymer of VDF and ethylene trifluoride (TrFE), for example PVDF copolymer such as (P (VDF-TrFE)), polyvinylidene cyanide (PVDCN) which is a polymer of vinylidene cyanide (VDCN), or vinylidene cyanide copolymer or nylon 9, nylon 11, etc. Odd number nylon, aromatic nylon, alicyclic nylon, polylactic acid, polyhydroxycarboxylic acid such as polyhydroxybutyrate, cellulose derivative, organic polymer piezoelectric material such as polyurea, and the like can be used.

圧電材料の厚さとしては、例えば、100~500[μm]の範囲で用いられる。圧電素子23は、その両面にI/O電極22、GND電極24が付された状態で、振動子2aとして用いられる。 The thickness of the piezoelectric material is, for example, in the range of 100-500 [μm]. The piezoelectric element 23 is used as the vibrator 2a with the I/O electrodes 22 and the GND electrodes 24 attached to both surfaces thereof.

I/O電極22、GND電極24に用いられる材料としては、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)などが挙げられる。 Materials used for the I/O electrodes 22 and the GND electrodes 24 include gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), palladium (Pd), copper (Cu), aluminum (Al), and nickel (Ni). , tin (Sn), and the like.

圧電素子23にI/O電極22、GND電極24を付す方法としては、例えば、チタン(Ti)やクロム(Cr)などの下地金属をスパッタ法により0.02~1.0[μm]の厚さに形成した後、上記金属元素を主体とする金属及びそれらの合金からなる金属材料、さらには必要に応じ一部絶縁材料をスパッタ法、その他の適当な方法で1~10[μm]の厚さに形成する方法が挙げられる。 As a method of attaching the I/O electrode 22 and the GND electrode 24 to the piezoelectric element 23, for example, an underlying metal such as titanium (Ti) or chromium (Cr) is sputtered to a thickness of 0.02 to 1.0 [μm]. After the above-mentioned metal element is formed as a main component, a metal material composed of a metal or an alloy thereof, and if necessary, a part of an insulating material is formed by sputtering or other appropriate methods to a thickness of 1 to 10 [μm]. A method of forming the thickness is mentioned.

I/O電極22、GND電極24形成はスパッタ法以外でも、微粉末の金属粉末と低融点ガラスとを混合した導電ペーストをスクリーン印刷やディッピング法、溶射法で形成することもできる。I/O電極22、GND電極24は、超音波探触子2の形状に応じて、圧電素子23の表面に設けられている。 The I/O electrodes 22 and the GND electrodes 24 may be formed by screen printing, dipping, or thermal spraying using a conductive paste obtained by mixing fine metal powder and low-melting-point glass, instead of the sputtering method. The I/O electrodes 22 and the GND electrodes 24 are provided on the surface of the piezoelectric element 23 in accordance with the shape of the ultrasonic probe 2 .

また、圧電素子23において、I/O電極22がI/O信号線27と電気的に接続されており、I/O信号線27がケーブル3のI/O信号線と電気的に接続され、GND電極24がGND信号線28と電気的に接続されており、GND信号線28がケーブル3のGND信号線と電気的に接続されている。したがって、超音波診断装置本体1から出力される駆動信号が圧電素子23に入力され、圧電素子23で発生した受信信号が超音波診断装置本体1に出力される。 In the piezoelectric element 23, the I/O electrode 22 is electrically connected to the I/O signal line 27, the I/O signal line 27 is electrically connected to the I/O signal line of the cable 3, The GND electrode 24 is electrically connected to the GND signal line 28 , and the GND signal line 28 is electrically connected to the GND signal line of the cable 3 . Therefore, the driving signal output from the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 is input to the piezoelectric element 23 , and the reception signal generated by the piezoelectric element 23 is output to the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 .

音響整合層25は、圧電素子23と音響レンズ26との間の音響インピーダンスを整合させ、圧電素子23、音響整合層25及び音響レンズ26の各々の境界面での反射を抑制する。音響整合層25は、圧電素子23に対して被検体側に装着される。 The acoustic matching layer 25 matches the acoustic impedance between the piezoelectric element 23 and the acoustic lens 26 and suppresses reflection at each interface between the piezoelectric element 23 , the acoustic matching layer 25 and the acoustic lens 26 . The acoustic matching layer 25 is attached to the subject side with respect to the piezoelectric element 23 .

音響整合層25は、単数の層からなり又は複数の層が積層されて構成されている。複数の層の厚みを合わせた音響整合層25の音響インピーダンスは、最下層から最上層にかけて漸次減少するとともに、最下層の音響インピーダンスが圧電素子23の音響インピーダンス未満となるよう設定される。また、後述する音響レンズ26の音響インピーダンスと整合させるため、最上層の音響インピーダンスと音響レンズ26の音響インピーダンスとの差をより小さくすることが好ましく、より好ましくは、最上層と音響レンズ26との界面における最上層の音響インピーダンスが音響レンズ26の音響インピーダンスとほぼ等しくなるように音響整合層25を設ける。 The acoustic matching layer 25 is composed of a single layer or laminated layers. The acoustic impedance of the acoustic matching layer 25 , which is the combined thickness of a plurality of layers, is set so that it gradually decreases from the bottom layer to the top layer, and the acoustic impedance of the bottom layer is less than the acoustic impedance of the piezoelectric element 23 . Also, in order to match the acoustic impedance of the acoustic lens 26, which will be described later, it is preferable to reduce the difference between the acoustic impedance of the top layer and the acoustic impedance of the acoustic lens 26. More preferably, the difference between the acoustic impedance of the top layer and the acoustic lens 26 is reduced. The acoustic matching layer 25 is provided so that the acoustic impedance of the uppermost layer at the interface is approximately equal to the acoustic impedance of the acoustic lens 26 .

音響整合層25に用いられる材料として、具体的には、アルミ、アルミ合金(例えばAL-Mg合金)、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイト、PE(ポリエチレン)やPP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、ABC樹脂、ABS樹脂、AAS樹脂、AES樹脂、ナイロン(PA6、PA6-6)、PPO(ポリフェニレンオキシド)、PPS(ポリフェニレンスルフィド:ガラス繊維入りも可)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PAI(ポリアミドイミド)、PETP(ポリエチレンテレフタレート)、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。好ましくはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に、充填剤として、タングステン、亜鉛華、酸化チタン、シリカやアルミナ、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、硫酸バリウム、モリブデンなどを入れて成形したものが適用できる。ここで、充填材の種類や量、分布などを各層で異ならせることにより、同一の種類の樹脂であっても各層の音響インピーダンスを異なるものとすることができる。 Specific examples of materials used for the acoustic matching layer 25 include aluminum, aluminum alloys (eg, AL-Mg alloy), magnesium alloys, Macor glass, glass, fused silica, copper graphite, PE (polyethylene), and PP (polypropylene). , PC (polycarbonate), ABC resin, ABS resin, AAS resin, AES resin, nylon (PA6, PA6-6), PPO (polyphenylene oxide), PPS (polyphenylene sulfide: glass fiber-containing is also possible), PPE (polyphenylene ether) , PEEK (polyetheretherketone), PAI (polyamideimide), PETP (polyethylene terephthalate), epoxy resin, urethane resin, and the like. Preferably, a thermosetting resin such as an epoxy resin is molded by adding tungsten, zinc oxide, titanium oxide, silica, alumina, red iron oxide, ferrite, tungsten oxide, yttrium oxide, barium sulfate, molybdenum, etc. as a filler. Applicable. Here, by varying the type, amount, distribution, etc. of the filler in each layer, it is possible to make the acoustic impedance of each layer different even if the same type of resin is used.

音響レンズ26は、屈折を利用して超音波ビームを集束し分解能を向上するために配置されるものである。すなわち、音響レンズ26は、超音波探触子2の被検体と接する側に設けられ、圧電素子23にて発生した超音波を、被検体に効率よく入射させる。音響レンズ26は、被検体と接する部分で、内部の音速に応じて凸型又は凹型のレンズ形状を有し、被検体に入射される超音波を、撮像断面と直交する厚さ方向(エレベーション方向)で収束させる。 Acoustic lens 26 is arranged to focus the ultrasonic beam using refraction to improve resolution. That is, the acoustic lens 26 is provided on the side of the ultrasonic probe 2 that contacts the subject, and allows the ultrasonic waves generated by the piezoelectric element 23 to enter the subject efficiently. The acoustic lens 26 has a convex or concave lens shape depending on the speed of sound inside the subject at the part that contacts the subject, and the ultrasonic waves incident on the subject are directed in the thickness direction (elevation direction).

音響レンズ26の音響インピーダンスは、被検体の音響インピーダンスに対して、音響レンズ26と被検体との間での超音波の減衰や反射がより小さくなるよう適宜設定される。ここで、被検体はヒトの肉体などであることから、一般的に、音響レンズ26の音響インピーダンスは、圧電体のような硬質の物質に比して音響インピーダンスが極めて低く設定される。このことから、音響レンズ26は、設定された音響インピーダンスに対応する素材(例えば、軟質の高分子材料など)により形成される。なお、音響レンズ26と音響整合層25との間での超音波の減衰や反射をより低減させるため、音響整合層25のうち、音響レンズ26と当接する部分の音響インピーダンスは、音響レンズ26とほぼ同一であることが好ましい。 The acoustic impedance of the acoustic lens 26 is appropriately set with respect to the acoustic impedance of the subject so that attenuation and reflection of ultrasonic waves between the acoustic lens 26 and the subject are smaller. Here, since the subject is a human body or the like, the acoustic impedance of the acoustic lens 26 is generally set to be extremely low compared to a hard substance such as a piezoelectric body. For this reason, the acoustic lens 26 is formed of a material (for example, a soft polymer material or the like) corresponding to the set acoustic impedance. In order to further reduce the attenuation and reflection of ultrasonic waves between the acoustic lens 26 and the acoustic matching layer 25, the acoustic impedance of the portion of the acoustic matching layer 25 that contacts the acoustic lens 26 is equal to that of the acoustic lens 26. Preferably they are substantially identical.

音響レンズ26を構成する素材としては、従来公知のシリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴムなどのホモポリマー、エチレンとプロピレンとを共重合させてなるエチレン-プロピレン共重合体ゴムなどの共重合体ゴムなどが適用可能である。これらのうち、シリコーン系ゴム及びブタジエン系ゴムを用いることが好ましい。 Materials for the acoustic lens 26 include homopolymers such as conventionally known silicone-based rubber, butadiene-based rubber, polyurethane rubber, and epichlorohydrin rubber, and ethylene-propylene copolymer rubber obtained by copolymerizing ethylene and propylene. Copolymer rubber and the like are applicable. Among these, silicone-based rubber and butadiene-based rubber are preferably used.

I/O信号線27は、導体で構成され、圧電素子23のI/O電極22と導電性接着剤などで電気的に接続され、ケーブル3のI/O信号線を介して、超音波診断装置本体1からの駆動信号をI/O電極22に伝達し、ケーブル3のI/O信号線を介して、被検体からの超音波を受信した圧電素子23から出力された受信信号をI/O電極22から超音波診断装置本体1に伝達する。GND信号線28は、導体で構成され、圧電素子23のGND電極24と導電性接着剤などで電気的に接続され、ケーブル3のGND信号線を介して超音波診断装置本体1のグラウンドに接続されている。I/O信号線27、GND信号線28及び熱変形部29は、間隙を設けて平行に配置されている。 The I/O signal line 27 is made of a conductor and is electrically connected to the I/O electrode 22 of the piezoelectric element 23 with a conductive adhesive or the like. A drive signal from the apparatus main body 1 is transmitted to the I/O electrode 22, and a received signal output from the piezoelectric element 23 that receives the ultrasonic wave from the subject is transmitted to the I/O electrode 22 via the I/O signal line of the cable 3. It is transmitted from the O electrode 22 to the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 . The GND signal line 28 is made of a conductor, is electrically connected to the GND electrode 24 of the piezoelectric element 23 with a conductive adhesive or the like, and is connected to the ground of the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 via the GND signal line of the cable 3. It is The I/O signal line 27, the GND signal line 28, and the thermal deformation portion 29 are arranged in parallel with a gap therebetween.

熱変形部29は、上端が固定され、下端が解放されて、温度により変形する機能を有する。熱変形部29は、例えば、亜鉛、銅、ニッケル、マンガン、フェライト、クロム、モリブデン、ジルコニクム、アルミニウムのいずれかからなる、バイメタルで構成される。ここで、熱膨張率が異なる2種以上の材料を接合したものをバイメタルという。本実施の形態では、熱変形部29は、圧電素子23側の内側部29aと、圧電素子23の外側の外側部29bとを有し、内側部29a及び外側部29bが接合されているものとする。 The thermally deformable portion 29 has a fixed upper end and a released lower end, and has a function of being deformed by temperature. The thermally deformable portion 29 is made of a bimetal made of, for example, zinc, copper, nickel, manganese, ferrite, chromium, molybdenum, zirconium, or aluminum. Here, a bimetal is a material obtained by bonding two or more materials having different coefficients of thermal expansion. In this embodiment, the thermal deformation portion 29 has an inner portion 29a on the side of the piezoelectric element 23 and an outer portion 29b on the outer side of the piezoelectric element 23, and the inner portion 29a and the outer portion 29b are joined. do.

本実施の形態では、内側部29aに熱膨張率が低い材料を用い、外側部29bに、内側部29aに比べて熱膨張率が高い材料を用いる。例えば、内側部29aと外側部29bとしては、ニッケルフェライト合金と銅とが接合したもの、クロムフェライト合金とニッケルクロムフェライトとが接合したもの、あるいは、ニッケルフェライト合金とニッケルマンガンフェライト合金とが接合したものなどがある。上記、いずれも低熱膨張材と高熱膨張材の組み合わせとなる。 In this embodiment, a material having a low coefficient of thermal expansion is used for the inner portion 29a, and a material having a higher coefficient of thermal expansion than the inner portion 29a is used for the outer portion 29b. For example, the inner portion 29a and the outer portion 29b are formed by joining nickel ferrite alloy and copper, joining chromium ferrite alloy and nickel-chromium ferrite, or joining nickel ferrite alloy and nickel manganese ferrite alloy. There are things. All of the above are a combination of a low thermal expansion material and a high thermal expansion material.

ここで、図4を参照して、熱変形部29の変形及びその条件を説明する。ただし、図4(a)、図4(b)は、分かりやすくするため、超音波探触子2のうちの、圧電素子23、I/O電極22、GND電極24、I/O信号線27、GND信号線28及び熱変形部29のみを図示した断面図である。 Here, with reference to FIG. 4, the deformation of the thermal deformation portion 29 and its conditions will be described. 4(a) and 4(b) show the piezoelectric element 23, the I/O electrode 22, the GND electrode 24, and the I/O signal line 27 of the ultrasonic probe 2 for the sake of clarity. , and a cross-sectional view showing only the GND signal line 28 and the thermally deformed portion 29. FIG.

圧電素子が高温にさらされると、その焦電効果によって電界が発生し、その電界によって、圧電素子は脱分極し、特性劣化する。しかし、本実施の形態の超音波探触子2では、図4(a)に示すように、通常の温度で、I/O信号線27とGND信号線28と熱変形部29とが間隙を設けて配置しており、超音波探触子2の温度上昇に伴い、熱変形部29がGND信号線28側に変形する。さらに、図4(b)に示すように、熱変形部29は、温度上昇によってGND信号線28とI/O信号線27とを接触させ、電気的に短絡させる。 When the piezoelectric element is exposed to a high temperature, an electric field is generated by the pyroelectric effect, and the electric field depolarizes the piezoelectric element, degrading its characteristics. However, in the ultrasonic probe 2 of the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the I/O signal line 27, the GND signal line 28, and the thermally deformed portion 29 form a gap at normal temperature. As the temperature of the ultrasonic probe 2 rises, the thermal deformation portion 29 deforms toward the GND signal line 28 side. Furthermore, as shown in FIG. 4(b), the thermally deformed portion 29 causes the GND signal line 28 and the I/O signal line 27 to come into contact with each other due to the temperature rise, thereby electrically short-circuiting them.

つまり、高温下で生じる圧電素子の焦電効果によって生じる電界の発生を抑制し、圧電素子23の特性劣化を無くすことができる。つまり、超音波探触子2の特性劣化を無くすことができる。なお、本実施の形態では、熱変形部29は、GND信号線28側に配置したが、熱変形部をI/O信号線27側に配置する構成としてもよい。あるいは、熱変形部をGND信号線28側とI/O信号線27側との両側に配置する構成としてもよい。 In other words, it is possible to suppress the generation of an electric field caused by the pyroelectric effect of the piezoelectric element that occurs at high temperatures, thereby eliminating deterioration in the characteristics of the piezoelectric element 23 . That is, deterioration of the characteristics of the ultrasonic probe 2 can be eliminated. Although the thermal deformation portion 29 is arranged on the GND signal line 28 side in the present embodiment, the thermal deformation portion may be arranged on the I/O signal line 27 side. Alternatively, the thermally deformed portion may be arranged on both the GND signal line 28 side and the I/O signal line 27 side.

なお、温度上昇に伴い熱変形部29は変形するが、この変形は、I/O信号線27、GND信号線28自身の熱膨張による変形と比較すると10倍以上の変形となる。例えば、I/O信号線27、GND信号線28が金属導体で構成され、各々の寸法が0.1[mm]の場合、I/O信号線27、GND信号線28自身の熱膨張による変形は0.1[μm]程度であるが、I/O信号線27とGND信号線28との間隙を寸法ばらつきを考慮して1[μm]以上としており、I/O信号線27、GND信号線28自身の熱膨張による変形では、超音波探触子の温度上昇に伴い、GND信号線28とI/O信号線27とを接触させ、電気的に短絡させることはできない。 Note that the thermally deformed portion 29 deforms as the temperature rises, but this deformation is ten times or more the deformation due to the thermal expansion of the I/O signal line 27 and the GND signal line 28 themselves. For example, when the I/O signal line 27 and the GND signal line 28 are made of a metal conductor and each dimension is 0.1 [mm], deformation due to thermal expansion of the I/O signal line 27 and the GND signal line 28 themselves is about 0.1 [μm], but the gap between the I/O signal line 27 and the GND signal line 28 is set to 1 [μm] or more in consideration of dimensional variations. Deformation due to thermal expansion of the wire 28 itself cannot bring the GND signal wire 28 and the I/O signal wire 27 into contact and electrically short-circuit as the temperature of the ultrasonic probe rises.

従来の超音波探触子では、温度上昇に伴い圧電素子の焦電効果により、圧電素子の分極に異常が発生する。圧電素子の共振特性に異常が起こり、不要共振が生じる。しかし、本実施の形態の超音波探触子2では、高温下でも圧電素子の分極に異常は発生せず、不要な共振は発生しない。 In conventional ultrasonic probes, an abnormality occurs in the polarization of the piezoelectric element due to the pyroelectric effect of the piezoelectric element as the temperature rises. Abnormalities occur in the resonance characteristics of the piezoelectric element, causing unwanted resonance. However, in the ultrasonic probe 2 of the present embodiment, the polarization of the piezoelectric element does not become abnormal even at high temperatures, and unnecessary resonance does not occur.

熱変形部29がバイメタルの場合に、図4(a)、図4(b)に示すように、I/O信号線27及び熱変形部29の間の距離Aと、GND信号線28の厚さBと、熱変形部29の厚さtと、熱変形部29の図の上下方向の長さLと、熱変形部29のわん曲量Dと、をとる。わん曲係数K、温度範囲ΔTとしたとき、わん曲量Dは、熱変形部29の厚さt、長さLを用いて、以下の式(1)で表される。
D=K×ΔT×L×L÷t …(1)
When the thermally deformed portion 29 is a bimetal, as shown in FIGS. 4A and 4B, the distance A between the I/O signal line 27 and the thermally deformed portion 29, and the thickness The thickness B, the thickness t of the thermally deformed portion 29, the length L of the thermally deformed portion 29 in the vertical direction in the drawing, and the amount of curvature D of the thermally deformed portion 29 are taken. Assuming that the curvature coefficient is K and the temperature range is ΔT, the amount of curvature D is expressed by the following equation (1) using the thickness t and the length L of the thermally deformed portion 29 .
D=K×ΔT×L×L÷t (1)

一般に超音波探触子の使用温度の上限は70[℃]となっている。つまり、超音波探触子が70[℃]以上で使用されることはないことから、70[℃]以上でI/O信号線27とGND信号線28とを短絡させることが望ましい。70[℃]以上でI/O信号線27とGND信号線28とを短絡させる場合、一例として以下が挙げられる。
K=15×10-6(熱変形部29として、例えば、BL-2(日立金属ネオマテリアル製)を用いる)、
ΔT=50℃(室温:20[℃]、高温:70[℃])、
L=10[mm]、
t=0.05[mm]、とする。
Generally, the upper limit of the operating temperature of the ultrasonic probe is 70 [°C]. That is, since the ultrasonic probe is not used at 70[°C] or higher, it is desirable to short-circuit the I/O signal line 27 and the GND signal line 28 at 70[°C] or higher. An example of short-circuiting the I/O signal line 27 and the GND signal line 28 at 70[° C.] or higher is as follows.
K = 15 × 10 -6 (for example, BL-2 (manufactured by Hitachi Metals Neomaterial) is used as the thermal deformation portion 29),
ΔT = 50°C (room temperature: 20 [°C], high temperature: 70 [°C]),
L=10 [mm],
Let t=0.05 [mm].

ここで、距離AとI/O信号線27及びGND信号線28の間隙の距離との差を、距離Cとする。式(1)より、わん曲量D=1.5[mm]となることから、距離Cを1.5[mm]以下にすると、70[℃]以上でI/O信号線27とGND信号線28とは短絡し、焦電効果によって発生させる電界を無くし、特性劣化を抑制させることができる。このため、熱変形部29をいかなる場所に設けても、同じ変形量でGND信号線28とI/O信号線27とを接触させ、電気的に短絡させることができる。 Here, let distance C be the difference between distance A and the distance between the I/O signal line 27 and the GND signal line 28 . From the equation (1), the amount of curvature D is 1.5 [mm]. By short-circuiting with the line 28, the electric field generated by the pyroelectric effect can be eliminated and the characteristic deterioration can be suppressed. Therefore, the GND signal line 28 and the I/O signal line 27 can be brought into contact and electrically short-circuited with the same amount of deformation no matter where the thermal deformation portion 29 is provided.

以上、本実施の形態によれば、超音波探触子2は、超音波を被検体に送受信する圧電素子23と、圧電素子23に設けられたI/O電極22に電気的に接続され、圧電素子23に入力する駆動信号及び圧電素子23から出力される受信信号が流れるI/O信号線27と、I/O信号線27と間隙を介して設けられ、圧電素子23に設けられたGND電極24に電気的に接続されたGND信号線28と、温度上昇により変形し、所定の温度(高温:例えば70[℃])以上でI/O信号線27及びGND信号線28を接触させる熱変形部29と、を備える。 As described above, according to the present embodiment, the ultrasonic probe 2 is electrically connected to the piezoelectric element 23 that transmits and receives ultrasonic waves to and from the subject, and the I/O electrode 22 provided on the piezoelectric element 23, An I/O signal line 27 through which a drive signal input to the piezoelectric element 23 and a reception signal output from the piezoelectric element 23 flow, and a GND provided on the piezoelectric element 23 with a gap between the I/O signal line 27 and the I/O signal line 27. The GND signal line 28 electrically connected to the electrode 24 is deformed due to the temperature rise, and the heat that contacts the I/O signal line 27 and the GND signal line 28 at a predetermined temperature (high temperature: for example, 70 [° C.]) or higher. and a deformation portion 29 .

このため、高温下で生じる圧電素子の焦電効果によって生じる電界の発生を抑制でき、焦電効果を防ぐための電気制御及びそのコストが不要であるので、焦電効果による圧電素子23の特性劣化を容易になくすことができ、超音波探触子2の特性劣化を無くすことができる。 For this reason, it is possible to suppress the generation of an electric field caused by the pyroelectric effect of the piezoelectric element that occurs at high temperatures, and the electrical control for preventing the pyroelectric effect and its cost are unnecessary, so that the deterioration of the characteristics of the piezoelectric element 23 due to the pyroelectric effect can be suppressed. can be easily eliminated, and deterioration of the characteristics of the ultrasonic probe 2 can be eliminated.

また、熱変形部29は、バイメタルからなる。このため、所定の温度以上で焦電効果によって生じる電界の発生を抑制することができる。 Moreover, the thermal deformation portion 29 is made of bimetal. Therefore, it is possible to suppress the generation of an electric field caused by the pyroelectric effect at a temperature equal to or higher than a predetermined temperature.

また、I/O信号線27、GND信号線28及び熱変形部29は、平行に配置されている。このため、熱変形部29をいかなる場所に設けても、同じ変形量でGND信号線28とI/O信号線27とを接触させ、電気的に短絡させることができる。 Also, the I/O signal line 27, the GND signal line 28, and the thermal deformation portion 29 are arranged in parallel. Therefore, the GND signal line 28 and the I/O signal line 27 can be brought into contact and electrically short-circuited with the same amount of deformation no matter where the thermal deformation portion 29 is provided.

また、超音波診断装置100は、超音波探触子2と、駆動信号を生成して超音波探触子2に出力する送信部12と、超音波探触子2から入力された受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部14と、を備える。このため、焦電効果による圧電素子23の特性劣化及び超音波探触子2の特性劣化を無くすことができ、劣化のない超音波画像データを生成できる。 The ultrasonic diagnostic apparatus 100 also includes an ultrasonic probe 2, a transmission unit 12 that generates a driving signal and outputs it to the ultrasonic probe 2, and a received signal input from the ultrasonic probe 2. and an image generation unit 14 that generates ultrasound image data based on. Therefore, deterioration of the characteristics of the piezoelectric element 23 and the deterioration of the characteristics of the ultrasonic probe 2 due to the pyroelectric effect can be eliminated, and ultrasonic image data without deterioration can be generated.

(第1の実施例)
図5を参照して、上記実施の形態の第1の実施例を説明する。図5(a)は、変形前の超音波探触子2Aの一部を示す断面図である。図5(b)は、変形後の超音波探触子2Aの一部を示す断面図である。
(First embodiment)
A first example of the above embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5(a) is a sectional view showing a part of the ultrasonic probe 2A before deformation. FIG. 5(b) is a sectional view showing a part of the ultrasonic probe 2A after deformation.

本実施例の装置構成は、上記実施の形態の超音波探触子2を本実施例の超音波探触子2Aに代えた超音波診断装置100を用いる。このため、上記実施の形態と同様の構成部分に同じ符号を付してその説明を省略する。 The apparatus configuration of this embodiment uses an ultrasonic diagnostic apparatus 100 in which the ultrasonic probe 2 of the above embodiment is replaced with an ultrasonic probe 2A of this embodiment. For this reason, the same reference numerals are given to the same components as in the above-described embodiment, and the description thereof will be omitted.

図5(a)に示すように、超音波探触子2Aは、背面層21と、I/O電極22Aと、圧電素子23と、GND電極24Aと、音響整合層25と、音響レンズ26と、I/O信号線27Aと、GND信号線28Aと、空洞部30と、絶縁体部31と、空洞部32と、熱変形部29と、を備える。背面層21、I/O電極22A、圧電素子23、GND電極24A、音響整合層25及び音響レンズ26は、図上正面視下方から上方に順に積層されている。ただし、図5(a)、図5(b)は、分かりやすくするため、超音波探触子2Aのうちの、圧電素子23、I/O電極22A、GND電極24A、I/O信号線27A、GND信号線28A、空洞部30、絶縁体部31、空洞部32及び熱変形部29のみを図示した断面図である。 As shown in FIG. 5A, the ultrasonic probe 2A includes a back layer 21, an I/O electrode 22A, a piezoelectric element 23, a GND electrode 24A, an acoustic matching layer 25, and an acoustic lens 26. , an I/O signal line 27A, a GND signal line 28A, a cavity portion 30, an insulator portion 31, a cavity portion 32, and a thermal deformation portion 29. The back layer 21, the I/O electrode 22A, the piezoelectric element 23, the GND electrode 24A, the acoustic matching layer 25, and the acoustic lens 26 are laminated in this order from the bottom to the top in the front view. However, FIGS. 5A and 5B show the piezoelectric element 23, I/O electrode 22A, GND electrode 24A, and I/O signal line 27A of the ultrasonic probe 2A for easy understanding. , GND signal line 28A, hollow portion 30, insulator portion 31, hollow portion 32, and thermal deformation portion 29 only.

I/O電極22Aは、圧電素子23の下面に形成されたI/O電極である。GND電極24Aは、圧電素子23の上面、側面及び一部下面に形成されたGND電極である。I/O電極22A及びGND電極24Aは、空洞部30により電気的に絶縁されている。 The I/O electrode 22A is an I/O electrode formed on the bottom surface of the piezoelectric element 23 . The GND electrode 24A is a GND electrode formed on the upper surface, side surfaces, and part of the lower surface of the piezoelectric element 23 . The I/O electrode 22A and the GND electrode 24A are electrically insulated by the cavity 30. As shown in FIG.

I/O信号線27Aは、導体で構成され、I/O電極22Aに電気的に接続されている。GND信号線28Aは、導体で構成され、GND電極24Aに電気的に接続されている。絶縁体部31は、絶縁体で構成されている。I/O信号線27Aは、絶縁体部31の両面に形成され、GND信号線28Aは、絶縁体部31の一方の面に形成されている。このように、絶縁体部31と、I/O信号線27A、GND信号線28Aとは、積層されている。I/O信号線27A及びGND信号線28Aは、空洞部30及び絶縁体部31により絶縁されている。絶縁体部31は、例えば、ポリイミドなどの絶縁体のフィルムからなるフレキシブル基板(FPC:Flexible Printed Circuit)の基体部としてもよい。この構成では、I/O信号線27A、絶縁体部31、GND信号線28Aは、フレキシブル基板として機能する。 The I/O signal line 27A is made of a conductor and electrically connected to the I/O electrode 22A. The GND signal line 28A is made of a conductor and electrically connected to the GND electrode 24A. The insulator portion 31 is made of an insulator. The I/O signal line 27A is formed on both surfaces of the insulator portion 31, and the GND signal line 28A is formed on one surface of the insulator portion 31. As shown in FIG. In this manner, the insulator portion 31, the I/O signal line 27A, and the GND signal line 28A are laminated. The I/O signal line 27A and the GND signal line 28A are insulated by the hollow portion 30 and the insulator portion 31 . The insulator portion 31 may be, for example, a base portion of a flexible substrate (FPC: Flexible Printed Circuit) made of an insulator film such as polyimide. In this configuration, the I/O signal line 27A, insulator portion 31, and GND signal line 28A function as a flexible substrate.

また、空洞部32は、絶縁体部31の間隙であり、熱変形部29によってGND信号線28AとI/O信号線27Aとを短絡させる位置に配置されている。空洞部32の周囲には絶縁体部31が設けられているため、高温下以外ではI/O信号線27AとGND信号線28Aとは短絡しない。図5(b)に示すように、I/O信号線27AとGND信号線28Aとは、高温下(所定の温度(例えば70[℃])以上)において、熱変形部29の変形により、空洞部32における電気的な接触により短絡される。 The hollow portion 32 is a gap between the insulator portions 31 and is arranged at a position where the thermally deformed portion 29 short-circuits the GND signal line 28A and the I/O signal line 27A. Since the insulator portion 31 is provided around the hollow portion 32, the I/O signal line 27A and the GND signal line 28A are not short-circuited except at high temperatures. As shown in FIG. 5B, the I/O signal line 27A and the GND signal line 28A become hollow due to the deformation of the thermally deformed portion 29 at a high temperature (e.g., 70 [° C.] or higher). The electrical contacts at portion 32 are short-circuited.

以上、本実施例によれば、超音波探触子2Aは、I/O信号線27A及びGND信号線28Aが表面に形成された絶縁体部31と、I/O信号線27A及びGND信号線28Aを絶縁し、熱変形部29の変形によりI/O信号線27A及びGND信号線28Aが接触される空洞部32と、を備える。このため、焦電効果による圧電素子23の特性劣化及び超音波探触子2の特性劣化を無くすことができるとともに、I/O信号線27AとGND信号線28Aとの絶縁性を向上できる。 As described above, according to the present embodiment, the ultrasonic probe 2A includes the insulator portion 31 on the surface of which the I/O signal line 27A and the GND signal line 28A are formed, and the I/O signal line 27A and the GND signal line. 28A, and the deformation of the thermal deformation portion 29 causes the I/O signal line 27A and the GND signal line 28A to come into contact with each other. Therefore, deterioration of the characteristics of the piezoelectric element 23 and the deterioration of the characteristics of the ultrasonic probe 2 due to the pyroelectric effect can be eliminated, and the insulation between the I/O signal line 27A and the GND signal line 28A can be improved.

(第2の実施例)
図6を参照して、上記実施の形態の第2の実施例を説明する。図6(a)は、変形前の超音波探触子2Bの一部を示す断面図である。図6(b)は、変形後の超音波探触子2Bの一部を示す断面図である。
(Second embodiment)
A second example of the above embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6(a) is a sectional view showing a part of the ultrasonic probe 2B before deformation. FIG. 6(b) is a sectional view showing a part of the ultrasonic probe 2B after deformation.

本実施例の装置構成は、上記実施の形態の超音波探触子2を本実施例の超音波探触子2Bに代えた超音波診断装置100を用いる。このため、上記実施の形態と同様の構成部分に同じ符号を付してその説明を省略する。 The apparatus configuration of this embodiment uses an ultrasonic diagnostic apparatus 100 in which the ultrasonic probe 2 of the above embodiment is replaced with the ultrasonic probe 2B of this embodiment. For this reason, the same reference numerals are given to the same components as in the above-described embodiment, and the description thereof will be omitted.

図6(a)に示すように、超音波探触子2Bは、背面層21と、I/O電極22と、圧電素子23と、GND電極24と、音響整合層25と、音響レンズ26と、I/O信号線27と、GND信号線28Bと、熱変形部29と、を備える。ただし、図6(a)、図6(b)は、分かりやすくするため、超音波探触子2Bのうちの、圧電素子23、I/O電極22、GND電極24、I/O信号線27、GND信号線28B及び熱変形部29のみを図示した断面図である。 As shown in FIG. 6A, the ultrasonic probe 2B includes a back layer 21, an I/O electrode 22, a piezoelectric element 23, a GND electrode 24, an acoustic matching layer 25, and an acoustic lens 26. , an I/O signal line 27 , a GND signal line 28 B, and a thermal deformation portion 29 . 6(a) and 6(b) show the piezoelectric element 23, the I/O electrode 22, the GND electrode 24, and the I/O signal line 27 of the ultrasonic probe 2B for the sake of clarity. , and a cross-sectional view showing only the GND signal line 28B and the thermally deformed portion 29. FIG.

GND信号線28Bは、導体で構成され、GND電極24Aに電気的に接続されている。熱変形部29は、導体で構成され、温度により変形する機能を有するとともに、GND信号線28Bの一部として機能している。 The GND signal line 28B is made of a conductor and electrically connected to the GND electrode 24A. The thermally deformable portion 29 is made of a conductor, has a function of deforming due to temperature, and functions as a part of the GND signal line 28B.

図6(b)に示すように、超音波探触子2Bの温度上昇に伴い、熱変形部29がI/O信号線27に向かって変形し、さらに温度上昇(所定の温度(例えば70[℃])以上)によってI/O信号線27と接触し、I/O信号線27とGND信号線28Bとが電気的に短絡する。つまり、高温下で生じる圧電素子23の焦電効果によって生じる電界の発生を抑制し、圧電素子23の特性劣化を無くすことができる。つまり、超音波探触子2Bの特性劣化を無くすことができる。 As shown in FIG. 6(b), as the temperature of the ultrasonic probe 2B rises, the thermal deformation portion 29 deforms toward the I/O signal line 27, and the temperature further rises (predetermined temperature (for example, 70 [ °C]) above), the I/O signal line 27 is contacted, and the I/O signal line 27 and the GND signal line 28B are electrically short-circuited. In other words, it is possible to suppress the generation of an electric field caused by the pyroelectric effect of the piezoelectric element 23 that occurs at high temperatures, thereby eliminating deterioration in the characteristics of the piezoelectric element 23 . That is, it is possible to eliminate deterioration of the characteristics of the ultrasonic probe 2B.

以上、本実施例によれば、熱変形部29は、導体からなり、GND信号線28Aの一部として機能する。このため、焦電効果による圧電素子23の特性劣化及び超音波探触子2Bの特性劣化を無くすことができるとともに、GND信号線28Bの一部として電気伝導が可能となり、超音波探触子2Bの小スペース化が可能となる。 As described above, according to this embodiment, the thermal deformation portion 29 is made of a conductor and functions as a part of the GND signal line 28A. Therefore, it is possible to eliminate deterioration of the characteristics of the piezoelectric element 23 and the deterioration of the characteristics of the ultrasonic probe 2B due to the pyroelectric effect. can be made smaller.

なお、本実施例では、熱変形部29をGND信号線28Bの一部として配置したが、I/O信号線の一部として配置する構成としてもよい。この構成では、高温下で、熱変形部29がGND信号線に接触する構成となる。同様に、超音波探触子が、GND信号線の一部として機能する熱変形部と、I/O信号線の一部として機能する熱変形部とを、有する構成としてもよい。 In this embodiment, the thermally deformable portion 29 is arranged as part of the GND signal line 28B, but may be arranged as part of the I/O signal line. In this configuration, the thermal deformation portion 29 is in contact with the GND signal line at high temperatures. Similarly, the ultrasonic probe may have a thermally deformed portion that functions as part of the GND signal line and a thermally deformed portion that functions as part of the I/O signal line.

(第3の実施例)
図7を参照して、上記実施の形態の第3の実施例を説明する。図7(a)は、変形前の超音波探触子2Cの一部を示す断面図である。図7(b)は、変形後の超音波探触子2Cの一部を示す断面図である。
(Third embodiment)
A third example of the above embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7(a) is a sectional view showing a part of the ultrasonic probe 2C before deformation. FIG. 7(b) is a sectional view showing a part of the ultrasonic probe 2C after deformation.

本実施例の装置構成は、上記実施の形態の超音波探触子2を本実施例の超音波探触子2Cに代えた超音波診断装置100を用いる。このため、上記実施の形態と同様の構成部分に同じ符号を付してその説明を省略する。 The apparatus configuration of this embodiment uses an ultrasonic diagnostic apparatus 100 in which the ultrasonic probe 2 of the above embodiment is replaced with an ultrasonic probe 2C of this embodiment. For this reason, the same reference numerals are given to the same components as in the above-described embodiment, and the description thereof will be omitted.

図7(a)に示すように、超音波探触子2Cは、背面層21と、I/O電極22と、圧電素子23と、GND電極24と、音響整合層25と、音響レンズ26と、I/O信号線27と、GND信号線28Cと、熱変形部29と、絶縁体部33と、を備える。ただし、図7(a)、図7(b)は、分かりやすくするため、超音波探触子2Cのうちの、圧電素子23、I/O電極22、GND電極24、I/O信号線27、GND信号線28C、熱変形部29及び絶縁体部33のみを図示した断面図である。 As shown in FIG. 7A, the ultrasonic probe 2C includes a back layer 21, an I/O electrode 22, a piezoelectric element 23, a GND electrode 24, an acoustic matching layer 25, and an acoustic lens 26. , an I/O signal line 27 , a GND signal line 28</b>C, a thermal deformation portion 29 , and an insulator portion 33 . However, FIGS. 7A and 7B show the piezoelectric element 23, the I/O electrode 22, the GND electrode 24, and the I/O signal line 27 of the ultrasonic probe 2C for easy understanding. , and a GND signal line 28C, a thermal deformation portion 29, and an insulator portion 33 only.

GND信号線28Cは、導体で構成され、GND電極24Aに電気的に接続されている。熱変形部29は、導体で構成され、温度により変形する機能を有するとともに、GND信号線28Cの一部として機能している。 The GND signal line 28C is made of a conductor and electrically connected to the GND electrode 24A. The thermally deformable portion 29 is made of a conductor, has a function of deforming due to temperature, and functions as a part of the GND signal line 28C.

絶縁体部33は、例えば、ポリイミドなどの絶縁体のフィルムからなるフレキシブル基板の基体部である。GND信号線28C及び熱変形部29は、絶縁体部33の圧電素子23側の面に形成されている。このように、GND信号線28A又は熱変形部29と絶縁体部33とは、圧電素子23側から外側へ順に積層されている。絶縁体部33は、熱変形部29を容易に保持し、かつ外部から圧電素子23、I/O電極22、GND電極24、I/O信号線27、GND信号線28Cへの電気的絶縁が可能である。 The insulator portion 33 is, for example, a base portion of a flexible substrate made of an insulator film such as polyimide. The GND signal line 28C and the thermal deformation portion 29 are formed on the surface of the insulator portion 33 on the piezoelectric element 23 side. In this manner, the GND signal line 28A or the thermal deformation portion 29 and the insulator portion 33 are laminated in order from the piezoelectric element 23 side to the outside. The insulator portion 33 easily holds the thermally deformed portion 29 and provides electrical insulation from the outside to the piezoelectric element 23, I/O electrode 22, GND electrode 24, I/O signal line 27, and GND signal line 28C. It is possible.

超音波探触子2Cの温度上昇に伴い、熱変形部29は、I/O信号線27に向かって変形し、さらに温度上昇(所定の温度(例えば70[℃])以上)によってI/O信号線27と接触し、I/O信号線27とGND信号線28Cとが電気的に短絡する。つまり、高温下で生じる圧電素子23の焦電効果によって生じる電界の発生を抑制し、圧電素子23の特性劣化を無くすことができる。つまり、超音波探触子2Cの特性劣化を無くすことができる。 As the temperature of the ultrasonic probe 2C rises, the thermally deformable portion 29 deforms toward the I/O signal line 27, and the temperature rise (e.g., 70 [° C.] or higher) causes the I/O It comes into contact with the signal line 27 and electrically short-circuits the I/O signal line 27 and the GND signal line 28C. In other words, it is possible to suppress the generation of an electric field caused by the pyroelectric effect of the piezoelectric element 23 that occurs at high temperatures, thereby eliminating deterioration in the characteristics of the piezoelectric element 23 . That is, it is possible to eliminate deterioration of the characteristics of the ultrasonic probe 2C.

以上、本実施例によれば、超音波探触子2Cは、I/O信号線27及びGND信号線28Cの外側に配置され、GND信号線28Cが圧電素子23側(内側)の表面に形成されている絶縁体部33を備える。このため、焦電効果による圧電素子23の特性劣化及び超音波探触子2Cの特性劣化を無くすことができるとともに、外部から圧電素子23、I/O電極22、GND電極24、I/O信号線27、GND信号線28Cへの電気的絶縁を可能とする。 As described above, according to the present embodiment, the ultrasonic probe 2C is arranged outside the I/O signal line 27 and the GND signal line 28C, and the GND signal line 28C is formed on the surface on the piezoelectric element 23 side (inner side). An insulator portion 33 is provided. Therefore, deterioration of the characteristics of the piezoelectric element 23 and the deterioration of the characteristics of the ultrasonic probe 2C due to the pyroelectric effect can be eliminated, and the piezoelectric element 23, the I/O electrode 22, the GND electrode 24, and the I/O signal can be supplied from the outside. Line 27 allows electrical isolation to the GND signal line 28C.

なお、本実施例では、熱変形部29をGND信号線28C側に配置しGND信号線28Cの一部(高温下でI/O信号線27に接触)とする構成としたが、I/O信号線27側に配置しI/O信号線27の一部(高温下でGND信号線28Cに接触)とする構成としてもよい。あるいは、超音波探触子が、GND信号線側に配置しGND信号線の一部とした熱変形部と、I/O信号線側に配置しI/O信号線の一部とした熱変形部と、を備える構成としてもよい。 In this embodiment, the thermally deformable portion 29 is arranged on the GND signal line 28C side so as to be a part of the GND signal line 28C (contacting the I/O signal line 27 at high temperatures). It may be arranged on the signal line 27 side and used as a part of the I/O signal line 27 (in contact with the GND signal line 28C at high temperatures). Alternatively, the ultrasonic probe is arranged on the GND signal line side and is part of the GND signal line, and the thermal deformation part is arranged on the I / O signal line side and is part of the I / O signal line. It is good also as a structure provided with a part.

(第4の実施例)
図8を参照して、上記実施の形態の第4の実施例を説明する。図8(a)は、熱変形前の超音波探触子2Dの一部を示す断面図である。図8(b)は、熱変形後の超音波探触子2Dの一部を示す断面図である。
(Fourth embodiment)
A fourth example of the above embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8(a) is a cross-sectional view showing a part of the ultrasonic probe 2D before thermal deformation. FIG. 8(b) is a sectional view showing a part of the ultrasonic probe 2D after thermal deformation.

本実施例の装置構成は、上記実施の形態の超音波探触子2を本実施例の超音波探触子2Dに代えた超音波診断装置100を用いる。このため、上記実施の形態と同様の構成部分に同じ符号を付してその説明を省略する。 The apparatus configuration of this embodiment uses an ultrasonic diagnostic apparatus 100 in which the ultrasonic probe 2 of the above embodiment is replaced with the ultrasonic probe 2D of this embodiment. For this reason, the same reference numerals are given to the same components as in the above-described embodiment, and the description thereof will be omitted.

図8(a)に示すように、超音波探触子2Dは、背面層21と、I/O電極22と、圧電素子23と、GND電極24と、音響整合層25と、音響レンズ26と、I/O信号線27と、GND信号線28と、熱変形部29Dと、を備える。ただし、図8(a)、図8(b)は、分かりやすくするため、超音波探触子2Dのうちの、圧電素子23、I/O電極22、GND電極24、I/O信号線27、GND信号線28、熱変形部29Dのみを図示した断面図である。 As shown in FIG. 8A, the ultrasonic probe 2D includes a back layer 21, an I/O electrode 22, a piezoelectric element 23, a GND electrode 24, an acoustic matching layer 25, and an acoustic lens 26. , an I/O signal line 27, a GND signal line 28, and a thermal deformation portion 29D. However, FIGS. 8A and 8B show the piezoelectric element 23, the I/O electrode 22, the GND electrode 24, and the I/O signal line 27 of the ultrasonic probe 2D for easy understanding. , a GND signal line 28, and a thermally deformed portion 29D only.

熱変形部29Dは、上端が固定され、下端が解放されて、温度により変形する機能を有するとともに、放熱機能を有する。圧電素子23が超音波を送信する際に電気音響変換ロスにより発熱する。この発熱を低減させるために、圧電素子23周辺に熱伝導が高い金属などの材料からなる放熱部材が必要となる。熱伝導率が高い材料として金属が挙げられ、金属の中でも銅、モリブデン、アルミニウムなどが良好である。このため、熱変形部29Dは、例えば、放熱部材として上記の金属を有するバイメタルで構成される。 The thermally deformable portion 29D has a fixed upper end and a released lower end, and has a function of deforming due to temperature and a heat dissipation function. When the piezoelectric element 23 transmits ultrasonic waves, heat is generated due to electroacoustic conversion loss. In order to reduce this heat generation, a heat radiating member made of a material such as metal having high thermal conductivity is required around the piezoelectric element 23 . Materials with high thermal conductivity include metals, and among metals, copper, molybdenum, and aluminum are preferred. For this reason, the thermally deformable portion 29D is made of, for example, a bimetal containing the above metal as a heat dissipation member.

また、熱変形部29Dは、上記実施の形態の熱変形部29に比べて、表面積が大きく、放熱効果を上げている。熱変形部29Dにより、放熱機能によって圧電素子23の発熱を抑制し、高温下で生じる圧電素子23の焦電効果によって生じる電界の発生を抑制し、圧電素子23の特性劣化を無くすことができる。つまり、超音波探触子2Dの特性劣化を無くすことができ、且つ、圧電素子23が超音波を送信する際に発熱するが、その発熱を低減させる。 Moreover, the thermally deformable portion 29D has a larger surface area than the thermally deformable portion 29 of the above-described embodiment, thereby improving the heat radiation effect. The thermally deformable portion 29D suppresses the heat generation of the piezoelectric element 23 by its heat radiation function, suppresses the generation of an electric field caused by the pyroelectric effect of the piezoelectric element 23 at high temperatures, and eliminates deterioration of the characteristics of the piezoelectric element 23. In other words, it is possible to eliminate deterioration of the characteristics of the ultrasonic probe 2D, and reduce the heat generated when the piezoelectric element 23 transmits ultrasonic waves.

以上、本実施例によれば、熱変形部29Dは、熱伝導が高い金属などの材料からなり、平面の面積が大きいので、放熱機能を有する。このため、焦電効果による圧電素子23の特性劣化及び超音波探触子2Dの特性劣化を無くすことができるとともに、圧電素子23が超音波を送信する際に発熱するが、その発熱を低減できる。 As described above, according to the present embodiment, the thermally deformable portion 29D is made of a material such as a metal having high thermal conductivity and has a large planar area, so it has a heat dissipation function. Therefore, the deterioration of the characteristics of the piezoelectric element 23 and the deterioration of the characteristics of the ultrasonic probe 2D due to the pyroelectric effect can be eliminated, and the heat generated when the piezoelectric element 23 transmits ultrasonic waves can be reduced. .

なお、上記実施の形態及び実施例における記述は、本発明に係る好適な超音波探触子及び超音波診断装置の一例であり、これに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態及び各実施例の少なくとも2つを適宜組み合わせる構成としてもよい。 It should be noted that the descriptions in the above embodiments and examples are examples of a suitable ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, and the present invention is not limited to these. For example, at least two of the above embodiments and examples may be combined as appropriate.

また、以上の実施の形態及び実施例における超音波診断装置100を構成する各部の細部構成及び細部動作に関して本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the detailed configuration and detailed operation of each part constituting the ultrasonic diagnostic apparatus 100 in the above embodiments and examples can be changed as appropriate without departing from the scope of the present invention.

100 超音波診断装置
1 超音波診断装置本体
11 操作入力部
12 送信部
13 受信部
14 画像生成部
15 画像処理部
15a 画像メモリー部
16 DSC
17 表示部
18 制御部
2,2A,2B,2C,2D 超音波探触子
21 背面層
22,22A I/O電極
23 圧電素子
24,24A GND電極
25 音響整合層
26 音響レンズ
27,27A I/O信号線
28,28A,28B,28C GND信号線
29,29D 熱変形部
30,32 空洞部
31,33 絶縁体部
2a 振動子
3 ケーブル
100 Ultrasound diagnostic apparatus 1 Ultrasound diagnostic apparatus main body 11 Operation input unit 12 Transmission unit 13 Reception unit 14 Image generation unit 15 Image processing unit 15a Image memory unit 16 DSC
17 display unit 18 control unit 2, 2A, 2B, 2C, 2D ultrasonic probe 21 back layer 22, 22A I/O electrode 23 piezoelectric element 24, 24A GND electrode 25 acoustic matching layer 26 acoustic lens 27, 27A I/ O signal lines 28, 28A, 28B, 28C GND signal lines 29, 29D Thermal deformation parts 30, 32 Cavity parts 31, 33 Insulator part 2a Vibrator 3 Cable

Claims (9)

超音波を被検体に送受信する圧電素子と、
前記圧電素子に設けられた第1の電極に電気的に接続され、当該圧電素子に入力する駆動信号及び当該圧電素子から出力される受信信号が流れる電気信号線と、
前記電気信号線と間隙を介して設けられ、前記圧電素子に設けられた第2の電極に電気的に接続された接地信号線と、
温度により変形し、所定の温度以上で前記電気信号線及び前記接地信号線を接触させる熱変形部と、を備える超音波探触子。
a piezoelectric element that transmits and receives ultrasonic waves to and from a subject;
an electric signal line electrically connected to a first electrode provided on the piezoelectric element, through which a drive signal input to the piezoelectric element and a reception signal output from the piezoelectric element flow;
a ground signal line provided with a gap from the electric signal line and electrically connected to a second electrode provided on the piezoelectric element;
and a thermally deformable portion that deforms due to temperature and brings the electrical signal line and the ground signal line into contact at a predetermined temperature or higher.
前記熱変形部は、導体からなり、前記電気信号線及び前記接地信号線の少なくとも1つの一部として機能する請求項1に記載の超音波探触子。 2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the thermally deformable portion is made of a conductor and functions as part of at least one of the electrical signal line and the ground signal line. 前記電気信号線及び前記接地信号線の少なくとも1つが表面に形成された絶縁体部を備える請求項1又は2に記載の超音波探触子。 3. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein at least one of said electric signal line and said ground signal line has an insulator portion formed on a surface thereof. 前記電気信号線及び前記接地信号線は、前記絶縁体部の表面に形成され、
前記電気信号線及び前記接地信号線を絶縁し、前記熱変形部の変形により当該電気信号線及び当該接地信号線が接触される空洞部と、を備える請求項3に記載の超音波探触子。
The electrical signal line and the ground signal line are formed on the surface of the insulator,
4. The ultrasonic probe according to claim 3, further comprising: a cavity that insulates the electric signal line and the ground signal line, and contacts the electric signal line and the ground signal line due to deformation of the thermally deformable portion. .
前記絶縁体部は、前記電気信号線及び前記接地信号線の外側に配置され、当該電気信号線又は当該接地信号線が前記圧電素子側の表面に形成されている請求項3に記載の超音波探触子。 4. The ultrasonic wave according to claim 3, wherein the insulator part is arranged outside the electric signal line and the ground signal line, and the electric signal line or the ground signal line is formed on the surface on the piezoelectric element side. probe. 前記熱変形部は、バイメタルからなる請求項1から5のいずれか一項に記載の超音波探触子。 The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 5, wherein the thermally deformable portion is made of bimetal. 前記熱変形部は、放熱機能を有する請求項1から6のいずれか一項に記載の超音波探触子。 The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 6, wherein the thermally deformable portion has a heat radiation function. 前記電気信号線、前記接地信号線及び前記熱変形部は、平行に配置されている請求項1から7のいずれか一項に記載の超音波探触子。 The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 7, wherein the electric signal line, the ground signal line, and the thermal deformation portion are arranged in parallel. 請求項1から8のいずれか一項に記載の超音波探触子と、
前記駆動信号を生成して前記超音波探触子に出力する送信部と、
前記超音波探触子から入力された前記受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える超音波診断装置。
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 8,
a transmission unit that generates the drive signal and outputs it to the ultrasonic probe;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: an image generation unit that generates ultrasonic image data based on the received signal input from the ultrasonic probe.
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